DE102012013755B4

DE102012013755B4 - Wärmetauscherplatteneinheit, Wärmetauscher und Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers

Info

Publication number: DE102012013755B4
Application number: DE102012013755.9A
Authority: DE
Inventors: Johann Kempfle
Original assignee: Al K0 Therm GmbH
Current assignee: Al Ko Therm GmbH
Priority date: 2012-07-12
Filing date: 2012-07-12
Publication date: 2021-11-18
Anticipated expiration: 2032-07-13
Also published as: DE102012013755B8; DE102012013755A1

Abstract

Wärmetauscherplatteneinheit (10) für einen Wärmetauscher für Wärmerückgewinnungssysteme in Lüftungs- und/oder Klimaanlagen, aufweisend:1.1. ein erstes Schalenteil (1),1.2. ein zweites Schalenteil (2), wobei mindestens ein Schalenteil (1, 2) eine Profilierung (3) aufweist, welche in einem verbundenen Zustand der Schalenteile (1, 2) mindestens einen Kanal (4) zwischen den Schalenteilen (1, 2) für ein erstes Fluid ausbildet, und1.3. je Schalenteil (1, 2) mindestens eine Zuflussöffnung (5) und mindestens eine Abflussöffnung (6), zwischen denen sich der mindestens eine Kanal (4) erstreckt, wobei1.4. die beiden Schalenteile (1, 2) aus einem Kunststoff ausgebildet sind und1.5. die Schalenteile (1, 2) derart verbunden sind, dass das erste Fluid die Wärmetauscherplatteneinheit (10) entlang des mindestens einen Kanals (4) durchströmt und das zweite Fluid die Wärmetauscherplatteneinheit (10) außen umströmt, wobei1.6. ein Querschnitt des mindestens einen Kanals (4) in Strömungsrichtung des mindestens einen Kanals (4) oval und über seine gesamte Länge einheitlich ausgebildet ist, und1.7. auf der Außenseite der Profilierung (3) mindestens eines Schalenteils (1, 2) mindestens ein Distanzelement (8) ausgebildet ist, wobei1.8. das mindestens eine Distanzelement (8) länglich ausgebildet und schräg zu einer Längserstreckung einer Hauptströmungsrichtung (W) des ersten Fluids ausgerichtet ist, wobei die Hauptströmungsrichtung (W) der direkten Verbindung zwischen der Zuflussöffnung (5) und der Abflussöffnung (6) entspricht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmetauscherplatteneinheit für einen Wärmetauscher für Wärmerückgewinnungssysteme in Lüftungs- und/oder Klimaanlagen, aufweisend ein erstes Schalenteil, ein zweites Schalenteil, wobei mindestens ein Schalenteil eine Profilierung aufweist, welche in einem verbundenen Zustand der Schalenteile mindestens einen Kanal zwischen den Schalenteilen für ein erstes Fluid ausbildet, und je Schalenteil mindestens eine Zuflussöffnung und mindestens eine Abflussöffnung, zwischen denen sich der mindestens eine Kanal erstreckt, und einen Wärmetauscher, zumindest aufweisend ein Wärmetauscherpaket aus einer Vielzahl von parallel angeordneten, miteinander verbundenen Platten, zwischen denen jeweils ein Durchgangskanal für ein zweites Fluid ausgebildet ist.
Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers, zumindest aufweisend die Schritte: Einbringen einer Profilierung in mindestens ein Schalenteil, Verbinden eines ersten Schalenteils mit einem zweiten Schalenteil zu einer Wärmetauscherplatteneinheit mit mindestens einem Kanal, Verbinden zweier Wärmetauscherplatteneinheiten an den Öffnungen der Schalenteile und Verbinden mehrerer Wärmetauscherplatteneinheiten zu einem Wärmetauscherpaket.
Wärmetauscher sowie Wärmetauscherplatteneinheiten hierfür sind aus dem Stand der Technik allgemein bekannt. In derartigen Wärmetauschern werden eine Vielzahl von Wärmetauscherplatteneinheiten, kurz Platten genannt, parallel nebeneinander angeordnet, sodass zwischen den Platten Durchgangskanäle bzw. Spalte für Luft, Abgase etc. entstehen. Zwischen der Luft und einer durch Kanäle innerhalb der Platten fließenden Flüssigkeit findet ein Temperaturausgleich statt. Die bisher bekannten Platten sind aus Metall gefertigt, da dieses Material sehr gute Wärmeleiteigenschaften, eine hohe Temperaturbeständigkeit und eine hohe Festigkeit gegenüber Drücken aufweist.
Aus der Druckschrift WO 2008/113740 A1 ist ein solcher Plattenwärmetauscher mit einer Vielzahl von Wärmetauscherplatteneinheiten aus jeweils zwei miteinander verbundenen Schalen zum Temperaturausgleich zwischen zwei Fluiden bekannt, wobei der Kanal für das erste Fluid innerhalb einer Platte verläuft. Zwischen benachbarten Platten ist jeweils ein Durchgangskanal für das zweite Fluid ausgebildet. Die Schalen weisen jeweils zwei, an gegenüberliegenden Seiten angeordnete Löcher auf, welche die Kanäle benachbarter Platten miteinander verbinden. Weiterhin weisen die Schalen eine Vielzahl von Rillen oder Rippen auf, mittels derer eine ungleichmäßige Höhe des Kanals in den Platten entsteht. An den Ecken der Platten sind jeweils Erhöhungen ausgebildet, welche eine Verbindung benachbarter Platten stabilisieren. Zum Verbinden der Platten und der hieraus zusammengesetzten Platten sind jeweils zwei gegenüberliegende Seiten abgekantet, welche als Stecksystem dienen. Zusätzlich werden die Platten an den Löchern miteinander verschweißt oder verlötet. Eine alternative Stabilisierung von Platten ohne Rillen oder Rippen wird durch einen noppenartigen Abstandshalter an einem ebenen Bereich der Platte erreicht.
Die Druckschrift EP 0 611 941 B1 beschreibt noch einen Wärmetauscher aus einer Vielzahl von Wärmetauscherplatteneinheiten aus jeweils zwei Schalen mit einem zick-zack-förmigen Kanal zwischen den Schalen. Die Schalen und somit auch die Platten sind aus Metall gefertigt. Hierzu weisen die Schalen jeweils eine Vielzahl von geraden und V-förmigen Rippen auf. Der Kanal innerhalb einer Platte wird nach außen durch den umgebogenen Rand der Schalen begrenzt und weist unterschiedliche Höhen auf. Weiterhin weisen die Schalen jeweils vier Löcher zum Verbinden der Kanäle auf, wobei die Löcher einen in abwechselnde Richtung ragenden Bund aufweisen, mittels derer die metallenen Schalen miteinander verlötet werden.
Derartige Platten und somit auch die Wärmetauscher sind aufgrund der Materialstärke der Metallplatten, der Formen der Kanäle innerhalb der Platten und des hieraus resultierenden Abstands zwischen benachbarten Platten sehr breit, sodass in einem begrenzten Volumen nur wenige Platten angeordnet werden können. Nachteilhaft an derartigen Wärmetauschern sind zum einen das hohe Gewicht aufgrund der metallenen Platten und zum anderen die aufwendigen Löt- und/oder Schweißverfahren zum Verbinden der Schalen und Platten. Des Weiteren können sich durch die bisher bekannte Kanalführung in den Platten mit uneinheitlichem Querschnitt und daraus resultierender ungleichmäßiger Strömung Totzonen in den Kanälen ausbilden, in denen Schmutz abgelagert wird. Gleiches gilt für die Durchgangskanäle zwischen den Platten. Diese sind zudem schlecht zu reinigen und weisen einen hohen Strömungswiderstand auf.
Die Druckschriften DE 10 2005 013 922 A1 , DE 10 2006 028 852 A1 , DE 10 2008 048 014 A1 , DE 100 45 175 A1 und DE 102 20 532 A1 zeigen jeweils verschiedene Ausführungen von Wärmetauscherplatteneinheiten eines Wärmetauschers, wobei diese bekannten Wärmetauscher nicht aus Kunststoff, sondern aus herkömmlichen Materialien wie Keramik, Kupfer, Edelstahl, Aluminium oder Blech hergestellt sind. Weiterhin zeigt keine der aus dem Stand der Technik bekannten Wärmetauscherplatteneinheiten Kanäle mit gekrümmtem Querschnitt.
Als weiteren Stand der Technik wird auf die Druckschriften DE 10 2005 029 321 A1 , US 2004 / 0 134 640 A1 , DE 102 18 274 A1 , DE 102 53 852 A1 , WO 2012/045175 A1 , US 2006 / 0 021 745 A1 , EP 1 632 731 A2 , EP 0 018 823 B1 und DE 694 18 126 T2 verwiesen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, verbesserte Wärmetauscherplatteneinheiten und einen verbesserten Wärmetauscher zu schaffen, sodass in Verbindung mit einer Gewichtsersparnis im Vergleich zum Stand der Technik eine größere Anzahl an Wärmetauscherplatteneinheiten in einem begrenzten Volumen angeordnet werden kann, und der Wärmetauscher geringere Strömungswiderstände aufweist und einfach zu reinigen ist. Weiter ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Wärmetauschers zu schaffen.
Diese Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.
Der Erfinder hat erkannt, dass die vorstehend genannte Aufgabe gelöst werden kann, indem die Schalenteile, aus welchen die Wärmetauscherplatteneinheiten zusammengesetzt werden, aus einem Kunststoff hergestellt werden. Hierdurch können zum einen die Platten wesentlich dünner als die bekannten Metallplatten hergestellt und zum anderen können die, die Kanäle in den Platten bildenden Profilierungen im Vergleich zum Stand der Technik flacher ausgebildet werden. Die Profilierungen können mittels einfacher Verfahren in die Schalenteile eingebracht werden, zum Beispiel mittels Prägen. Die flachen Kanäle gewährleisten wiederum sowohl einen geringen Strömungswiderstand für das erste Fluid in den Kanälen innerhalb der Platten als auch für das zweite Fluid in den Durchgangskanälen zwischen den Platten.
Durch die flachen Kanäle innerhalb der Platten können zudem die Durchgangskanäle zwischen benachbarten Platten flach ausgebildet werden, das heißt die Platten können mit einem geringen Abstand zueinander in dem Wärmetauscher angeordnet werden. Somit kann in einem definierten Volumen eine größere Anzahl an Platten angeordnet werden, sodass die gesamte Wärmetauscherfläche beziehungsweise die Leistungsdichte größer ist. Die spaltförmigen Durchgangskanäle zwischen den Platten weisen einen geringen Strömungswiderstand auf und sind zudem einfach zu reinigen, sodass ein derartiger Wärmetauscher die jeweiligen Hygienevorschriften erfüllt. Das geringere Materialgewicht der Kunststoff-Schalenteile bewirkt im Übrigen eine Gewichtsersparnis des Wärmetauschers.
Die Kunststoff-Schalenteile können derart miteinander verbunden werden, dass das erste Fluid sich lediglich entlang der Kanäle durch die Platten ausbreitet. Dies wird beispielsweise durch eine vollflächige Verbindung, eine Vielzahl von punktförmigen Verbindungen und/oder linienförmige Verbindungen entlang der Kanäle erreicht. Zum Verbinden können die Schalenteile entsprechend miteinander verklebt und/oder verschweißt werden.
Die Kanäle können beispielsweise einen annähernd rechteckigen Querschnitt aufweisen, wobei mindestens eine Seite des Kanals gekrümmt, also nicht eben, ist. Hierdurch kann eine Wölbung des Kanals aufgrund eines großen Innendrucks des ersten Fluids verhindert werden, da bereits gekrümmte Seiten sich wesentlich weniger verformen als flache Seiten des Kanals. Derartig geformte Kanäle sind von außen, also von den Durchgangskanälen zwischen den Platten her, leicht zu reinigen und verhindern Schmutzablagerungen im Inneren der Kanäle in den Platten. Weiterhin ist hierbei der Widerstand für das erste Fluid beim Durchströmen der Kanäle gering.
Eine Wölbung der Kanäle kann zudem vermieden werden, indem im Bereich der Kanäle, also an der Profilierung, Distanzelemente ausgebildet werden. Im zusammengesetzten Zustand liegen die Distanzelemente zweier benachbarter Platten aneinander oder nebeneinander, sodass die Kanäle sich gegenseitig abstützen und nicht gegeneinander auswölben können. Hierdurch werden die Schalenteilen beziehungsweise die Platten zusätzlich stabilisiert.
Die Platten werden an den Öffnungen der Schalenteile zu einem Wärmetauscherpaket miteinander verbunden. Dies erfolgt beispielsweise mittels Kontaktflächen, welche umfänglich um die Öffnungen ausgebildet sind, oder mittels separater Verbindungselemente wie Dichtungsringe und dergleichen.
Ein Wärmetauscher mit diesen neuartigen Merkmalen eignet sich vor allem für einen Temperaturausgleich zwischen einem gasförmigen Fluid wie Luft und einem flüssigen Fluid wie Wasser oder ein Wasser-Glykol-Gemisch sowie für hohe Gas-/Luft-Volumenströme bei sehr geringen Temperaturunterschieden zwischen den Fluiden. Der Wärmetauscher weist somit einen hohen Wirkungsgrad auf, der erreicht werden kann, indem die Wärmekapazitätsströme der einzelnen Fluide, eine gleichmäßige Temperaturverteilung im Wärmetauscher quer zur Hauptströmungsrichtung und ein gleichmäßiges Temperaturgefälle längs der Hauptströmungsrichtung aufeinander abgestimmt werden. Dazu ist eine konstante, gleichmäßig verteilte Strömungsgeschwindigkeit in Hauptströmungsrichtung notwendig, die durch die mäanderförmige Kanalführung gewährleistet wird.
Eine besondere Herausforderung stellen dabei die sehr unterschiedlichen Dichten und Wärmekapazitäten von Gasen und Flüssigkeiten dar. Der Wärmekapazitätsstrom von Wasser ist im Verhältnis zu Luft ca. 3.500-mal größer, der von Wasser-Glykol ca. 3.200-mal größer. Um einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen, ist der Temperaturunterschied von Wasser zu Luft entlang der Hauptströmungsrichtung möglichst klein und konstant zu halten. Das wird erreicht, indem beide Fluide den gleichen Wärmekapazitätsstrom aufweisen. Im Falle der Wärmeübertragung von Wasser zu Luft, bedeutet dies, dass der Volumenstrom des Wassers sehr klein gegenüber dem Volumenstrom der Luft werden muss.
Der Erfinder hat diesbezüglich erkannt, dass ein hocheffizienter Wärmetauscher einen möglichst kleinen Kanalquerschnitt für die Flüssigkeit aufweist, um trotz des geringen Volumenstroms eine angemessene Strömungsgeschwindigkeit und eine hohe Wärmeübergangszahl zu erreichen. Bezogen auf den Strömungsquerschnitt in Hauptströmungsrichtung würde damit die Kanalhöhe im Mikrometerbereich liegen. Solche dünnen, kapillarartigen Querschnitte werden jedoch durch Schmutzablagerungen leicht verstopft, zum Beispiel durch Korrosionsrückstände aus einem angeschlossenen Rohrnetz. Ebenfalls machen sich Adhäsionskräfte bei geringen Wandabständen der Kanäle bemerkbar und erhöhen zusätzlich den Widerstand in den Kanälen.
Bei einer mäanderförmigen Kanalführung kann der Kanalquerschnitt jedoch mit einem strömungsgünstigen Maß an den kleinen Volumenstrom angepasst werden, sodass eine hohe Strömungsgeschwindigkeit im Kanal erzielt wird und zudem die erforderlich geringe Geschwindigkeit in Hauptströmungsrichtung beibehalten wird. Durch die plattenflächendeckende Verteilung eines Mäander-Kanals ist eine gleichmäßige Strömungs- und Wärmeverteilung über die gesamte Fläche des Wärmetauschers gewährleistet. Eine konstante Strömungsgeschwindigkeit aufgrund des gleichbleibenden Kanalquerschnitts senkt den Strömungswiderstand im Kanal. Mittels des auf diese Anforderungen ausgelegten Kanalquerschnitts wird sowohl eine optimale Wärmeübertragung erreicht als auch die Schmutzablagerungen beziehungsweise Verschlackungen im Kanal reduziert. Für höhere Volumenströme können mehrere mäanderförmige Kanäle parallel ausgeführt werden.
Demgemäß schlägt der Erfinder eine verbesserte Wärmetauscherplatteneinheit für einen Wärmetauscher für Wärmerückgewinnungssysteme in Lüftungs- und/oder Klimaanlagen vor, aufweisend ein erstes Schalenteil, ein zweites Schalenteil, wobei mindestens ein Schalenteil eine Profilierung aufweist, welche in einem verbundenen Zustand der Schalenteile mindestens einen Kanal zwischen den Schalenteilen für ein erstes Fluid ausbildet, und je Schalenteil mindestens eine Zuflussöffnung und mindestens eine Abflussöffnung, zwischen denen sich der mindestens eine Kanal erstreckt, wobei die beiden Schalenteile aus einem Kunststoff ausgebildet sind und die Schalenteile derart verbunden sind, dass das erste Fluid die Wärmetauscherplatteneinheit entlang des mindestens einen Kanals durchströmt und das zweite Fluid die Wärmetauscherplatteneinheit außen umströmt, wobei ein Querschnitt des mindestens einen Kanals in Strömungsrichtung des mindestens einen Kanals oval und über seine gesamte Länge einheitlich ausgebildet ist, und auf der Außenseite der Profilierung mindestens eines Schalenteils mindestens ein Distanzelement ausgebildet ist, wobei das mindestens eine Distanzelement länglich ausgebildet ist und schräg zu einer Längserstreckung einer Hauptströmungsrichtung des ersten Fluids ausgerichtet ist, wobei die Hauptströmungsrichtung der direkten Verbindung zwischen der Zuflussöffnung und der Abflussöffnung entspricht. Derartige Wärmetauscherplatteneinheiten können mit flachen Kanälen so ausgebildet werden, dass die Wärmetauscherplatteneinheiten mit kleinen Abständen unmittelbar aneinander gereiht werden können und eine große Anzahl an Wärmetauscherplatteneinheiten in einem begrenzten Volumen anordnenbar ist.
Die Wärmetauscherplatteneinheit umfasst zwei Schalenteile. Die Schalenteile sind bevorzugt einteilig ausgebildet. In einer Ausführungsform sind die Schalenteile gleich ausgeführt, in anderen Ausführungsformen sind die Schalenteile unterschiedlich ausgeführt. Weiterhin sind die Schalenteile bevorzugt rechteckig, insbesondere quadratisch, ausgebildet. Eine bevorzugte Ausführungsform sieht symmetrische Schalenteile vor. Vorzugsweise sind die Schalenteile im Wesentlichen eben ausgebildet, wobei mindestens eines der beiden Schalenteile eine Profilierung aufweist. Beispielsweise weist lediglich ein Schalenteil oder beide Schalenteile eine Profilierung auf. Vorteilhafterweise sind zwei profilierte Schalenteile spiegelbildlich ausgebildet.
Zwischen zwei verbundenen Schalenteilen wird der mindestens eine Kanal für das erste Fluid ausgebildet. Die zwei Schalenteile werden hierzu parallel zueinander angeordnet und miteinander verbunden. In einer Ausführungsform ist genau ein Kanal ausgebildet. Andere Ausführungsformen sehen mehr als einen Kanal, beispielsweise zwei, drei oder vier Kanäle vor. Mehrere Kanäle sind beispielsweise parallel und/oder seriell miteinander verbunden. Der Kanal beziehungsweise die Kanäle entstehen durch die Profilierung eines oder beider Schalenteile. Entsprechend sind die konkaven Seiten der Profilierung bevorzugt jeweils zu dem anderen Schalenteil hin orientiert. Die Profilierungen sind beispielsweise in die Schalenteile eingeprägt.
Erfindungsgemäß weist der Kanal über seine gesamte Länge einen einheitlichen Querschnitt, insbesondere eine einheitliche Höhe, auf, um eine möglichst gleichmäßige Strömung zu gewährleisten. Bei einer Ausführungsform mit nur einem profilierten Schalenteil entspricht die Höhe des Kanals der Höhe der Profilierung des einen profilierten Schalenteils. Dahingegen entspricht in einer Ausführungsform mit zwei profilierten Schalenteilen die Höhe des Kanals der Summe der Höhen beider Profilierungen.
Vorteilhafterweise weist jedes Schalenteil mindestens zwei durchgehende Öffnungen, das heißt mindestens eine Zuflussöffnung und mindestens eine Abflussöffnung, auf, zwischen denen sich der mindestens eine Kanal erstreckt. Folglich sind die Öffnungen an den Anfängen und Enden der Kanäle ausgebildet und mit diesen fluidisch verbunden. Die Öffnungen sind bevorzugt an einer Seite der Schalenteile ausgebildet, vorteilhafterweise in den Ecken. Weiterhin vorteilhaft sind die Öffnungen jeweils an der gleichen Position der Schalenteile ausgebildet, sodass diese beim Verbinden deckungsgleich sind. In einer bevorzugten Ausführungsform sind runde Öffnungen vorgesehen. Andere Formen der Öffnungen sind ausführbar. Ein Durchmesser der Öffnungen ist dem Volumenstrom angepasst und entspricht bevorzugt einer Breite des Kanals. Die Öffnungen werden beispielsweise in die Schalenteile mittels Stanzen und/oder Bohren eingebracht.
In einer Ausführungsform weist ein Schalenteil vier Löcher auf, welche vorzugsweise in den Eckbereichen des Schalenteils angeordnet sind. Zur Realisierung einer Zuflussöffnung und einer Abflussöffnung sind zwei der vier Löcher verschlossen, beispielsweise mittels eines Verschlusses, Stopfens oder dergleichen. Die zwei nicht verschlossenen Löcher bilden dann die Öffnungen für das erste Fluid. Vorteilhafterweise können in dieser Ausführungsform die Zufluss- und die Abflussöffnung entweder an einer kurzen oder eine langen Seite eines rechteckigen Schalenteils oder diagonal an dem Schalenteil ausgebildet werden. Eine aus derartigen Schalenteilen zusammengesetzte Platte kann flexibel an äußere Gegebenheiten des Wärmetauschers, wie beispielsweise die Position eines Wasseranschlusses, angepasst werden. Unter Öffnungen werden im Folgenden jeweils die unverschlossenen Löcher, also die Zufluss- und die Abflussöffnung, des Schalenteils verstanden.
Bei dem ersten Fluid handelt es sich bevorzugt um eine Flüssigkeit, wie Wasser oder Wasser-Glykol-Gemisch. Die Flüssigkeit strömt vorteilhafterweise durch die Zuflussöffnung in den Kanal zwischen den Schalenteilen, durch den Kanal hindurch und aus der Abflussöffnung aus dem Kanal hinaus. Die direkte Verbindung zwischen der Zufluss- und der Abflussöffnung bildet die Hauptströmungsrichtung der Flüssigkeit. Dabei kann die Flüssigkeit in dem Kanal jedoch teilweise in unterschiedliche Strömungsrichtungen fließen. Die Hauptströmungsrichtung des ersten Fluids ist bevorzugt entgegengesetzt zu der Strömungsrichtung eines zweiten Fluids, welches die Platten umströmt.
Erfindungsgemäß sind die beiden Schalenteile aus einem Kunststoff ausgebildet. Der Einsatz eines Wärmetauschers bei moderaten Temperaturen, wie in der Luft- und Klimatechnik, ermöglicht die Ausführung der Schalenteile aus einem anderen Material als den bisher bekannten Metallen. Ein derartiges Material bietet neben einer Gewichtsersparnis zudem den Vorteil, dass die Platten mit einfachen Verfahren hergestellt und bearbeitet werden können. Weiterhin ist Kunststoff korrosionsbeständig gegenüber den meisten aggressiven Medien. Bei der Kühlung von Luft fällt oftmals Kondenswasser an, das in Verbindung mit schadstoffhaltiger Luft korrosiv wirkt. Bei tieferer Kühlung entstehen Eisschichten, die sich von glatten Plattenoberflächen leichter lösen lassen, besser noch von Kunststoffoberflächen. Eine aufwendige und kostenintensive Beschichtung, wie bei metallenen Wärmetauschern, ist bei Kunststoff vorteilhafterweise nicht notwendig. Deshalb eignet sich ein Wärmetauscher mit Schalenteilen aus Kunststoff besonders zur Verwendung in Küstenregionen, auf Schiffen, in der Chemie-, Lebensmittel- und/oder Pharmaindustrie. Ebenso ist Kunststoff als Werkstoff deutlich kostengünstiger als Metall, insbesondere gegenüber dem oft verwendeten Kupfer.
Die Kunststoff-Schalenteile werden beispielsweise mittels bekannter Verfahren wie Thermoformen, insbesondere Tiefziehen, Blasverfahren und/oder Spritzgießen hergestellt. Insbesondere eignet sich ein twin-sheet-Tiefziehverfahren, bei dem zwei Schalenteile gleichzeitig gezogen und in einem noch weichen Zustand aneinander gedrückt und verbunden werden. Hierdurch kann vorteilhafterweise ein separater Arbeitsschritt zum Verbinden der Schalenteile eingespart werden. Gleiches gilt auch für das Blasverfahren, in dem eine Platte mit den hohlen Kanälen aus zwei Schalenteilen in einem Arbeitsgang hergestellt werden kann.
Weiterhin erfindungsgemäß sind die Schalenteile derart verbunden, dass das erste Fluid die Wärmetauscherplatteneinheit entlang des mindestens einen Kanals durchströmt. Zum Verbinden werden die Schalenteile vorzugsweise in den ebenen Bereichen miteinander verbunden. In einer Ausführungsform ist die Verbindung der Schalenteile vollflächig außerhalb der Kanäle ausgebildet, beispielsweise über eine gesamte ebene Fläche der Schalenteile, also mit Ausnahme der Bereiche der Profilierungen. In einer anderen Ausführungsform sind die Schalenteile mittels einer Vielzahl von punktförmigen Verbindungen außerhalb des mindestens einen Kanals verbunden. Noch eine Ausführungsform sieht vor, dass die Schalenteile mittels einer Vielzahl von linienförmigen Verbindungen entlang des mindestens einen Kanals verbunden sind. Durch diese erfindungsgemäßen Verbindungen wird gewährleistet, dass die Flüssigkeit sich im Wesentlichen in und entlang der Kanäle zwischen den Schalenteilen ausbreitet. Bevorzugt ist die jeweilige Verbindung der Schalenteile als Klebverbindung und/oder Schweißverbindung ausgebildet. Diese Verbindungen sind besonders bei Kunststoff-Schalenteilen einfach ausführbar. Zusätzlich können die Schalenteile noch miteinander verschraubt und/oder andersartig verbunden werden.
In einer Ausführungsform sind die Profilierungen und somit auch der Kanal beziehungsweise die Kanäle mäanderförmig ausgebildet. Eine Platte kann hierbei einen oder mehrere in Hauptströmungsrichtung parallel geschaltete Mäander aufweisen. Ein mäanderförmiger Kanal weist mindestens eine Schleife auf, bevorzugt jedoch mehrere, zum Beispiel 10, 20, 30 oder mehr. Mit der Anzahl der Schleifen und der damit zusammenhängenden Fläche einer Platte steigt die Effizienz des Wärmetauschers. Zwischen den Schleifen weist der Kanal bevorzugt gerade Abschnitte auf mit wechselnden Strömungsrichtungen. Vorzugsweise ist der mäanderförmige Kanal symmetrisch ausgebildet. Die jeweilige tatsächliche Ausrichtung des Kanals und somit eine momentane Strömungsrichtung der Flüssigkeit in dem Kanal zwischen der Zufluss- und der Abflussöffnung weicht vorzugsweise von der Hauptströmungsrichtung ab.
Bei geringen Volumenströmen ist ein kleiner Kanalquerschnitt notwendig, um eine ausreichend hohe Geschwindigkeit und turbulente Strömung für einen guten Wärmeübergang auszubilden. Bei großflächigen plattenförmigen Wärmetaucherplatteneinheiten wird dies hier vorteilhaft durch eine mäanderförmige Kanalführung erreicht. Damit wird auch in den Randzonen und Ecken eine gute Durchströmung und Wärmeverteilung erreicht. Bei einer direkten, also nicht mäanderförmige, Kanalführung in Hauptströmungsrichtung wäre die Strömungsgeschwindigkeit zu klein und die Gefahr der Ausbildung von Totwasserzonen und Ablagerungen wäre gegeben.
In einer weiteren, an größere Volumenströme angepassten Ausführungsform ist eine parallele, nicht-mäanderförmige Kanalführung vorgesehen. Der Kanal weist hierbei eine Vielzahl von parallel zueinander verlaufenden Teilkanälen auf. Die Teilkanäle sind jeweils an den Enden mittels eines Sammelkanals miteinander verbunden. Ein Sammelkanal erstreckt sich vorteilhafterweise zwischen den an einer Seite des Schalenteils angeordneten Öffnungen. Die parallelen Kanäle können sowohl quer als auch in Hauptströmungsrichtung verlaufen.
Ein weiteres, besonderes Merkmal der Erfindung ist, dass die Kanäle aufgrund der Ausbildung der Schalenteile aus Kunststoff sehr flach ausgeführt werden. Die Höhe eines Kanals ist bevorzugt kleiner 2 mm, weiter bevorzugt kleiner 1 mm, am meisten bevorzugt kleiner 0,5 mm. Damit wird eine relativ ebene Außenfläche der einzelnen Platten mit nur gering hervortretenden Profilierungen ermöglicht. Hierdurch wird der Strömungswiderstand des zwischen den Platten vorbeiströmenden Gases gegenüber bekannten Wärmetauschern deutlich gesenkt. Mittels der flachen Kanäle beziehungsweise der daraus resultierenden dünnen Platten ist es möglich, eine größere Anzahl an Platten in einem begrenzten Volumen anzuordnen.
Die Plattendicke kann neben der flachen Kanalform zusätzlich mittels einer geringen Materialstärke der Schalenteile reduziert werden. Hierbei gilt, je geringer die Materialstärke, umso dünner kann die Platte ausgeführt werden. In einer Ausführungsform beträgt die Höhe des Kanals höchstens die fünffache, bevorzugt höchstens die dreifache, weiter bevorzugt höchstens die einfache und am meisten bevorzugt die halbe Materialdicke eines Schalenteils. Die geringe Materialstärke wirkt sich zudem günstig auf die Wärmeübertragung aus und reduziert den Nachteil der schlechten Wärmeleitung von Kunststoff, so dass die Wirksamkeit des Wärmetauschers gegenüber eines metallenem Wärmetauschers nicht beeinträchtigt wird.
Der Kanal weist in einer Ausführungsform einen näherungsweise rechteckigen Querschnitt auf. Ein Seitenverhältnis des rechteckigen Kanalquerschnitts beträgt vorteilhafterweise 5:1 bis 40:1, bevorzugt 10:1 bis 25:1. Erfindungsgemäß ist der Querschnitt des Kanals zweiseitig gekrümmt, nämlich oval, ausgebildet. Vorteilhafterweise sind beide zu den benachbarten Platten zeigenden Seiten des Kanals gekrümmt ausgebildet. Eine nicht-erfindungsgemäße Ausführungsform sieht hierbei einen annähernd runden Kanalquerschnitt vor, welcher beispielsweise aus zwei, im Querschnitt bogenförmigen Profilierungen gebildet wird.
Aufgrund des durch die Strömung im Kanal herrschenden Innendrucks können sich die Schalenteile im Bereich der Kanäle ab einem bestimmten Innendruck verformen, insbesondere nach außen wölben. Dies kann zum einen vermieden werden, indem die Seitenwände des Kanals bereits gekrümmt beziehungsweise nach außen gewölbt sind. Eine bereits gewölbte beziehungsweise gekrümmte Seite des Kanals ist wesentlich stabiler, das heißt erfährt eine wesentlich geringere zusätzliche Wölbung, als eine ebene Seite.
Erfindungsgemäß ist zur Stabilisierung der Kanäle an den Kanälen im Bereich der Profilierung mindestens ein Distanzelement ausgebildet ist, wobei das mindestens eine Distanzelement länglich ausgebildet und schräg zu einer Längserstreckung einer Hauptströmungsrichtung des ersten Fluids ausgerichtet ist. Vorteilhafterweise sind jeweils eine Vielzahl von Distanzelementen an der Profilierung eines Schalenteils ausgebildet, wobei die Distanzelemente vorzugsweise gleich ausgeführt sind. Die Distanzelemente sind bevorzugt an einer Außenseite der Kanäle ausgebildet. Mit anderen Worten sind die Distanzelemente auf der dem Kanal abgewandten, konvexen Seite des Schalenteils angeordnet beziehungsweise bei verbundenen Platten jeweils zu der benachbarten Platte hin ausgerichtet. Weiterhin sind die Distanzelemente bevorzugt gleichmäßig beabstandet auf den Kanälen ausgebildet. Vorzugsweise sind die Distanzelemente an den geraden Abschnitten zwischen den Schleifen eines mäanderförmigen Kanals ausgebildet. Die Distanzelemente dienen zum gegeneinander Abstützen zweier benachbarter Platten. Im zusammengesetzten Zustand mehrerer Platten können die Distanzelemente benachbarter Platten aneinander anliegen. Ab einem Innendruck im Kanal von ca. 2 bar wölbt sich dieser nach außen. Diese Auswölbung wird jedoch durch die anliegenden Distanzelemente der benachbarten Platte verhindert, wobei der Druck der Kanäle an die jeweils benachbarte Platte abgegeben wird.
Die Distanzelemente weisen erfindungsgemäß eine längliche Form auf. Die länglichen Distanzelemente erstrecken sich bevorzugt über ein Drittel der Breite des Kanals, weiter bevorzugt über die halbe Breite und am meisten bevorzugt über die gesamte Breite des Kanals. Vorzugsweise sind die Distanzelemente ohne Ecken und Kanten ausgebildet, um einen Strömungswiderstand zwischen den Platten nicht negativ zu beeinflussen und Ablagerungen an den Distanzelementen zu vermeiden. In der erfindungsgemäßen Ausführungsform mit länglichen Distanzelementen ist eine Längserstreckung des mindestens einen Distanzelementes schräg zu einer Hauptströmungsrichtung des ersten Fluids in dem Kanal ausgerichtet. Die Hauptströmungsrichtung des ersten Fluids ist entgegen der Strömungsrichtung des zweiten Fluids ausgerichtet, sodass die Längserstreckung ebenfalls schräg zu der Strömungsrichtung des zweiten Fluids ausgerichtete ist. Ein Anstellwinkel zwischen der Längserstreckung der Distanzelemente und der Hauptströmungsrichtung des ersten Fluids ist bevorzugt kleiner als 45°, weiter bevorzugt kleiner als 25°, noch weiter bevorzugt kleiner als 15° und am meisten bevorzugt zwischen 5° und 10°. Eine Ausführungsform sieht sich überkreuzende Distanzelemente benachbarter Platten vor.
In einer nicht-erfindungsgemäßen Ausführungsform mit runden, beispielsweise noppenartigen Distanzelemente sind diese vorteilhafterweise an einer Seiten des Kanals angeordnet, noch bevorzugter an der Kanalkante. Vorzugsweise sind die noppenartigen Distanzelemente an benachbarten Platten seitenversetzt an den Kanälen angeordnet. Beim Abstützen benachbarter Platten liegen die Noppen vorteilhafterweise jeweils auf der anderen Seite des Kanals an. In einem Bereich des Kanals zwischen den Distanzelementen, welcher also nicht abgestützt ist, wird in dieser Ausführungsform eine Wölbung des Kanals bewusst zugelassen, sodass der Druck in den Schalenteilen verbleibt und nicht an benachbarte Platten weiter geleitet wird.
Benachbarte Platten in einem Wärmetauscherpaket beziehungsweise in dem Wärmetauscher sind vorzugsweise miteinander verbunden. Diese Verbindung der Platten ist entweder direkt oder indirekt ausgebildet. Zur Realisierung einer direkten Verbindung zweier Platten weisen die Öffnungen der Schalenteile jeweils mindestens eine Kontaktfläche auf. Bevorzugt werden die Platten dann an den Kontaktflächen der Schalenteile miteinander verbunden, insbesondere verklebt und/oder verschweißt. Vorteilhafterweise ist an jeder Öffnung der Schalenteile eine Kontaktfläche ausgebildet.
Die Kontaktfläche ist bevorzugt umfänglich um die Öffnung ausgebildet, beispielsweise als Stutzen und/oder rohrförmiger Ansatz. Der Ansatz ragt bevorzugt in die gleiche Richtung beziehungsweise auf die gleiche Seite des Schalenteils wie die Profilierung. Die Kontaktfläche kann vorteilhafterweise in einem Arbeitsschritt mit der Prägung der Profilierung in die Schalenteile eingebracht werden. Vorteilhafterweise ist die Kontaktfläche somit einteilig mit dem Schalenteil ausgebildet. Um eine stabile Verbindung benachbarter Platten an den Kontaktflächen zu gewährleisten, ist eine Höhe der Kontaktfläche vorzugsweise gleich hoch wie oder höher als eine Höhe der Profilierung.
Zur Realisierung einer indirekten Verbindung zweier Platten ist mindestens ein Verbindungselement im Bereich der Öffnungen der Schalenteile vorgesehen. Das Verbindungselement ist beispielsweise als Kupplungsstück mit Dichtungsring ausgebildet, welcher in die Öffnungen eingesetzt wird und die Schalenteile hieran befestigt werden.
Zum Rahmen der Erfindung zählt auch ein Wärmetauscher, zumindest aufweisend ein Wärmetauscherpaket aus einer Vielzahl von parallel angeordneten, miteinander verbundenen Platten, zwischen denen jeweils ein Durchgangskanal für ein zweites Fluid ausgebildet ist, wobei die Platten erfindungsgemäß als vorstehend beschriebene Wärmetauscherplatteneinheiten ausgebildet sind. Ein derartiger Wärmetauscher mit den erfindungsgemäßen Platten ist bevorzugt leichtbauend mit einer großen Anzahl Platten in einem begrenzten Volumen und weist einen sehr geringen Strömungswiderstand in den Durchgangskanälen auf.
Ein Wärmetauscherpaket umfasst eine Vielzahl von Platten. Die Platten sind parallel zueinander angeordnet und miteinander verbunden. Gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Schalenteile aus Kunststoff können die flachen Platten vorteilhafterweise mit einem geringen Abstand nebeneinander angeordnet werden. Benachbarte Platten sind jeweils an den Öffnungen der Schalenteile miteinander verbunden, beispielsweise an den Kontaktflächen und/oder mittels Verbindungselemente.
Die Kanäle der Platten sind bevorzugt über die deckungsgleich angeordneten Öffnungen der Schalenteile fluidisch miteinander verbunden. Die nebeneinander angeordneten und verbundenen Öffnungen bilden zwei rohrartige Kanäle durch das Wärmetauscherpaket aus. Diese rohrartigen Kanäle können zudem mit einem Wasserzufluss und -abfluss verbunden werden.
Zwischen zwei benachbarten Platten ist jeweils ein spaltförmiger Durchgangskanal für das zweite Fluid ausgebildet. Die Breite eines Durchgangskanals entspricht im Wesentlichen dem Abstand zweier benachbarter Platten und liegt bevorzugt im Bereich weniger Millimeter. Die Breite der Durchgangskanäle ist bis zu zehnmal so groß wie die Höhe des Kanals in den Schalenteilen, am meisten bevorzugt dreimal so groß wie die Höhe des Kanals, oder auch weniger. Weiterhin vorteilhafter ist ein Querschnitt des Durchgangskanals 30 bis 300-mal größer als der Querschnitt des Kanals in den Schalenteilen, bevorzugt 50 bis 150-mal größer. Ein bevorzugtes Verhältnis der dieser Maße liegt zwischen 1:6 und 1:2, weiter bevorzugt zwischen 1:4 und 4:10.
Bei dem zweiten Fluid handelt es sich bevorzugt um ein Gas, meist Luft. Die Strömungsrichtung des Gases durch die Durchgangskanäle ist bevorzugt entgegengesetzt zu der Hauptströmungsrichtung der Flüssigkeit ausgerichtet, wobei eine Strömungsrichtung der Flüssigkeit in den geraden Abschnitt des mäanderförmigen Kanals quer zu der Strömungsrichtung des Gases ausgerichtet ist. Zwischen den Fluiden erfolgt ein Wärmeaustausch. In den Durchgangskanälen herrscht aufgrund der flachen Ausbildung der Kanäle und der somit nahezu glatten Oberflächen der Schalenteile ein geringerer Strömungswiderstand als bei bereits bekannten Wärmetauschern, sodass zudem hohe Strömungsgeschwindigkeiten realisierbar sind.
Die Durchgangskanäle sind einfach zu reinigen, da keine strukturellen, baulichen Hindernisse den Zugang verwehren, wie zum Beispiel durch Vertiefungen und/oder querliegende Rohre. Der erfindungsgemäße Wärmetauscher erfüllt somit die jeweiligen Hygienevorschriften. Ganz besondere Vorteile zeigt dieser Wärmetauscher bei aggressiven und bei verschmutzen Medien, da der Wärmetauscher sowohl korrosionsbeständig als auch für Reinigungszwecke gut zugänglich ist. Beispielsweise ist der Wärmetauscher unempfindlich gegenüber chemisch belasteter Abluft, also beispielsweise ammoniak- und/oder stickoxidhaltige Abgase. Damit eröffnet sich ein breites Anwendungsgebiet, zum Beispiel in der Landwirtschaft, chemischen, pharmazeutischen und Lebensmittelindustrie aber auch in der Umwelttechnik.
Die Distanzelemente benachbarter Platten sind bevorzugt sich überkreuzend angeordnet. Mittels der Distanzelemente wird zum einen ein konstanter Abstand der Platten gewahrt und zum anderen dienen die Distanzelemente zum gegenseitigen Abstützen der Kanäle benachbarter Platten. Aufgrund des Kanalinnendrucks können sich die Kanäle nach außen wölben, wobei diese Wölbung jeweils durch die anliegenden Distanzelemente begrenzt wird. Um eine bessere Auflagefläche der Distanzelemente zu erreichen, sind diese daher vorteilhafterweise schräg zueinander, insbesondere kreuzweise, angeordnet.
Zur weiteren Stabilisation der Platten ist an mindestens einer Außenseite des Wärmetauscherpakets eine Verstärkungsplatte parallel zu den Platten angeordnet. Bevorzugt ist an beiden Außenseiten eine Verstärkungsplatte angeordnet. Die Verstärkungsplatten sind vorteilhafterweise aus einem steiferen Material wie die Platten ausgebildet, zum Beispiel Metall. Somit kann ein Innendruck der Kanäle an die Verstärkungsplatten, die beispielsweise von Zugstangen zusammen gehalten werden können, abgeleitet werden. In einer weiteren Ausführungsform nimmt anstelle der Verstärkungsplatten ein Rahmen die Druckkräfte auf.
Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines vorstehend beschriebenen, erfindungsgemäßen Wärmetauschers, zumindest aufweisend die Schritte: Einbringen einer Profilierung in mindestens ein Schalenteil, Verbinden eines ersten Schalenteils mit einem zweiten Schalenteil zu einer Wärmetauscherplatteneinheit mit mindestens einem Kanal, Verbinden zweier Wärmetauscherplatteneinheiten an den Öffnungen der Schalenteile und Verbinden mehrerer Wärmetauscherplatteneinheiten zu einem Wärmetauscherpaket. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Schalenteile miteinander verklebt und/oder verschweißt werden.
Die Schalenteile werden bevorzugt aus einem Kunststoff mittels eines einfachen Verfahrens hergestellt, beispielsweise eines Tiefziehverfahrens. Dabei werden die Profilierungen und die Öffnungen vorteilhafterweise in einem gemeinsamen Arbeitsschritt in die Schalenteile eingebracht, zum Beispiel eingeprägt. Die Schalenteile werden bevorzugt mit einer Materialdicke von wenigen Millimeter hergestellt.
In einem weiteren Schritt werden zwei Schalenteile zu einer Platte verbunden, sodass die Öffnungen der Schalenteile deckungsgleich sind. Hierbei werden die Schalenteile beispielsweise vollflächig miteinander verklebt, sodass die Flüssigkeit die zusammengesetzte Platte lediglich entlang des Kanals durchströmt. Weisen beide Schalenteile eine Profilierung aus, ist diese vorzugsweise spiegelbildlich ausgeführt. Zwischen den Schalenteilen, das heißt im Bereich der Profilierung, wird der Kanal ausgebildet. Durch die geringe Materialdicke der Schalenteile und die flachen Kanäle ist die so gebildete Platte vorteilhafterweise im Wesentlichen flach und dünn.
Eine Vielzahl von Platten wird in einem weiteren Schritt zu einem Wärmetauscherpaket zusammengesetzt. Hierzu werden die einzelnen Platten im Bereich der Öffnungen miteinander verbunden, beispielsweise an den Kontaktflächen verklebt oder mittels zusätzlicher Verbindungselemente verbunden. Ein fertiges Wärmetauscherpaket wird vorteilhafterweise in einem Rahmen und/oder einem Gehäuse des Wärmetauschers eingesetzt. Zur zusätzlichen Fixierung können die Seiten der Platten in Halteschienen angeordnet werden. In einer Ausführungsform weist die Halteschiene einen rechenförmig ausgebildeten Schenkel mit hervorstehenden Zähnen auf, welche passend zu den Abständen der Platten ausgeführt sind. Die Zähne ragen dabei in die Durchgangskanäle zwischen den Platten.
Mit der Anzahl der Platten kann die Größe des Wärmetauschers und damit dessen Leistung variiert werden. Größere Wärmetauscher können zudem aus mehreren Wärmetauscherpaketen zusammen gefügt werden, beispielsweise durch Aneinanderreihen und/oder Stapeln der Wärmetauscherpakete.
Insgesamt können mit den voranstehend beschriebenen Merkmalen herkömmliche Wärmetauscher in Plattenbauweise an Effizienz, Leistung, Widerstände und Kosten übertroffen werden. Damit eignen sich diese Wärmetauscher besonders für Wärmerückgewinnungssysteme, insbesondere in Lüftungs- und/oder Klimaanlagen, in denen neben einem hohen Wirkungsgrad auch geringe Widerstände, hygienetaugliche Ausführungen und geringes Bauvolumen gefordert werden oder durch Normen vorgeschrieben sind. Auch für andere Einsatzbereiche, wie in Niedertemperaturheizungen mit beispielsweise 30°C-Vorlauftemperatur, der Abwärmenutzung, Fernwärmeheizung und/oder Raumluftkühlung bietet dieser Wärmetauscher durch die darauf abgestimmte spezifische Bauweise, Vorteile und Effizienz.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele mit Hilfe der Figuren näher beschrieben, wobei nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Merkmale dargestellt sind.
Es zeigen im Einzelnen:

1: eine schematische Vorderansicht eines Schalenteils in einer ersten Ausführungsform;
2: eine schematische Darstellung der Strömungsrichtungen in einem Wärmetauscher;
3: eine schematische Querschnittansicht einer Wärmetauscherplatteneinheit in einer ersten Ausführungsform;
4: eine schematische Querschnittansicht einer Wärmetauscherplatteneinheit in einer weiteren Ausführungsform;
5: eine schematische Darstellung eines Wärmetauscherpakets;
6: ein vergrößertes Detail A des Wärmetauscherpakets gemäß der 5;
7: eine schematische Seitenansicht des Wärmetauscherpakets gemäß der 5;
8: eine schematische Vorderansicht eines Schalenteils in einer weiteren Ausführungsform;
9: eine schematische Darstellung des Schalenteils gemäß der Ausführungsform der 8;
10: ein vergrößertes Detail B des Schalenteils gemäß der 8;
11: ein Ausschnitt einer Querschnittansicht von zwei benachbarten Wärmetauscherplatteneinheiten im Bereich der Distanzelemente;
12: eine schematische Darstellung eines Wärmetauscherpakets mit einem Gehäuse;
13: ein vergrößertes Detail C des Wärmetauscherpakets gemäß der 12;
14: eine schematische Vorderansicht eines Schalenteils in noch einer weiteren Ausführungsform
15: eine schematische Vorderansicht einer Wärmetauscherplatteneinheit mit doppelter Kanalführung; und
16: eine schematische Darstellung der Strömungsrichtungen in der Wärmetauscherplatteneinheit gemäß der 15.

Die 1 zeigt eine schematische Vorderansicht eines Schalenteils 1 in einer ersten Ausführungsform. Das Schalenteil 1 ist erfindungsgemäß aus einem Kunststoff mittels eines Tiefziehverfahrens gefertigt. Weiterhin ist das Schalenteil 1 rechteckig sowie im Wesentlichen eben mit einer mäanderförmigen Profilierung 3 ausgebildet. Hierbei weist die Mäanderform der Profilierung 3 drei Schleifen auf, zwischen denen gerade Abschnitte mit einheitlicher Breite ausgebildet sind. Die Profilierung 3 ist gegenüber der restlichen ebenen Fläche des Schalenteils 1 auf einer Seite des Schalenteils 1 erhöht ausgebildet. Unter der Profilierung 3 wird bei zwei miteinander verbundenen Schalenteilen 1, 2 ein entsprechend ebenfalls mäanderförmiger Kanal für ein erstes Fluid, beispielsweise Wasser, ausgebildet (siehe 3 und 4). In der 1 ist die erhöhte Seite der Profilierung 3 beziehungsweise die äußere Seite des Kanals 4 gezeigt.
Weiter umfasst das Schalenteil 1 eine Zuflussöffnung 5 und eine Abflussöffnung 6, im Folgenden auch mit Öffnungen 5, 6 zusammengefasst. Die Öffnungen 5, 6 sind an einer Seite des rechteckigen Schalenteils 1 jeweils in einer Ecke angeordnet und als runde Löcher ausgebildet. Zwischen den Öffnungen 5, 6 verläuft der Kanal 4 beziehungsweise die mäanderförmige Profilierung 3, wobei der Kanal 4 fluidisch mit den Öffnungen 5, 6 verbunden ist. Hierbei dienen die Öffnungen 5, 6 als Zufluss und Abfluss für ein durch den Kanal 4 strömendes Fluid. Eine direkte Verbindung der Öffnungen 5, 6 legt dabei eine Hauptströmungsrichtung W des Wassers in dem Kanal 4 fest (siehe 2).
An den Öffnungen 5, 6 ist jeweils eine Kontaktfläche 7 ausgebildet. Gemäß der Ausführungsform der 1 sind die Kontaktflächen 7 umfänglich um die Öffnungen 5, 6 als rohrartiger Ansatz ausgebildet. Die Kontaktflächen 7 dienen zum Kontaktieren und Verbinden mit einem weiteren Schalenteil einer benachbart angeordneten Platte (siehe 5 bis 7).
Das Schalenteil 1 umfasst noch eine Vielzahl von Distanzelementen 8, welche auf der Außenseite der Profilierung 3 angeordnet sind. Die Distanzelemente 8 sind länglich, das heißt annähernd rechteckig mit abgerundeten Ecken, ausgebildet. Auf den geraden Abschnitten der Profilierung 3 sind jeweils vier gleichmäßig beabstandete Distanzelemente 8 angeordnet. Dabei ist eine Längserstreckung der Distanzelemente 8 schräg zu der Hauptströmungsrichtung W in dem Kanal 4 ausgerichtet. Ein Anstellwinkel α der Distanzelemente 8 zu der Hauptströmungsrichtung W liegt zwischen 5° und 10°. Weiterhin erstrecken sich die Distanzelemente 8 nahezu über die gesamte Breite der Profilierung 3.
In der 2 sind die Strömungsrichtungen in einem Wärmetauscher schematisch dargestellt. Die Hauptströmungsrichtung W des ersten Fluids, zum Beispiel Wasser, verläuft entgegen einer Strömungsrichtung L eines zweiten Fluids, zum Beispiel Luft. Das Wasser strömt durch den mäanderförmigen Kanal einer Platte (siehe 5) in die Hauptströmungsrichtung W, wobei an den geraden Abschnitten des Mäanders die jeweilige Strömungsrichtung des Wassers quer zu der Strömungsrichtung L der Luft ausgerichtet ist. Die jeweilige Strömungsrichtung des Wassers ist mit einer mit Pfeilen versehenen gestrichelten Linie gekennzeichnet. Dahingegen strömt die Luft zwischen den Platten durch die Durchgangskanäle (siehe 5 und 7) in entgegengesetzter Strömungsrichtung L beziehungsweise quer zum dem Wasser in den geraden Abschnitten.
Die 3 zeigt eine schematische Querschnittansicht einer Wärmetauscherplatteneinheit 10, auch mit Platte 10 bezeichnet, in einer ersten Ausführungsform entlang einer Schnittebene A-A aus 1. Die Platte 10 umfasst ein erstes Schalenteil 1 und ein zweites Schalenteil 2, welche zu der Platte 10 verbunden sind. Dabei sind die Schalenteile 1, 2 jeweils an den ebenen Bereichen flächig miteinander verbunden, beispielsweise verklebt, sodass sich das Wasser entlang des Kanals 4 durch die Platte 10 strömt. In dieser Ausführungsform entspricht das erste Schalenteil 1 dem in der 1 gezeigten Schalenteil 1. Weiterhin ist das zweite Schalenteil 2 identisch zu dem ersten Schalenteil 1 ausgebildet. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Auf eine detaillierte Beschreibung bereits beschriebener Bauteile wird daher verzichtet. Zwischen den Schalenteilen 1 und 2 unterhalb der Profilierungen 3 ist der Kanal 4 ausgebildet. In dieser Ausführungsform weist der Kanal 4 über seine gesamte Länge eine gleichmäßige Höhe auf. Die Öffnungen 5, 6 der beiden Schalenteile 1, 2 sind deckungsgleich angeordnet. Die Höhe der Kontaktflächen 7 der Schalenteile 1, 2 entspricht jeweils der Höhe der Profilierung zuzüglich der Höhe der Distanzelemente 8, sodass die Kontaktflächen 7 und die Distanzelemente 8 eine Ebene ausbilden. In dieser Ausführungsform entspricht die Höhe des Kanals 4 ungefähr der vierfachen Materialdicke der Schalenteile 1, 2.
Eine andere Ausführungsform der Wärmetauscherplatteneinheit 10 ist in der 4 gezeigt. Die 4 zeigt eine schematische Querschnittansicht der Platte 10 entlang der Schnittebene A-A aus 1 mit unterschiedlich ausgebildeten Schalenteilen 1 und 2. Das profilierte Schalenteil 1 entspricht der Ausführungsform der 1 und 3. Dahingegen ist das andere Schalenteil 2 unprofiliert, also eben, ausgebildet. Somit wird der Kanal 4 nur von dem ersten Schalenteil 1 ausgebildet. In dieser Ausführungsform mit nur einem profilierten Schalenteil 1 weist der Kanal 4 nur die halbe Höhe des Kanals 4 wie bei der Ausführung mit zwei profilierten Schalenteilen 1, 2 auf.
Die 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Wärmetauscherpakets 20. Das Wärmetauscherpaket 20 umfasst eine Vielzahl von parallel nebeneinander angeordneten und verbundenen Platten 10 gemäß der Ausführungsform der 3, jeweils mit zwei profilierten Schalenteilen. Die Platten 10 sind an den Kontaktflächen 7 an den Öffnungen 5, 6 verklebt. In der 6 ist zu dem ein vergrößertes Detail A des Wärmetauscherpakets 20 im Bereich der Zuflussöffnung 5 gezeigt. Hier ist zu erkennen, dass die Zuflussöffnungen 5 der Platten 10 deckungsgleich angeordnet sind, sodass ein rohrartiger Zuflusskanal als fluidische Verbindung zwischen den Platten 10 ausgebildet ist, durch welchen das Wasser in die Kanäle 4 ein- und wieder ausströmen kann.
Benachbarte Platten 10 liegen an den Distanzelementen 8 aneinander an. Hierbei sind die Anstellwinkel der Distanzelemente 8 benachbarter Platten 10 jeweils alternierend ausgerichtet, sodass eine möglichst große und somit stabile Auflagefläche ausgebildet ist. Die sich kontaktierenden Distanzelemente 8 verhindern zudem eine Wölbung des Kanals 4 aufgrund eines zu großen Innendruckes und leiten diesen Innendruck an die jeweils nächste Platte 10 ab. Zur weiteren Stabilisierung des Wärmetauscherpakets 20 ist an den Außenseiten jeweils eine Verstärkungsplatte 21 angeordnet, wobei hier der besseren Übersicht halber lediglich eine hintere Verstärkungsplatte 21 abgebildet ist. Von den Verstärkungsplatten 21 wird der Druck der Platten 10 aufgenommen. Dazu ist die Verstärkungsplatte 21 aus einem härteren Material wie die Platten 10 ausgebildet, zum Beispiel Stahl.
Zwischen zwei Platten 10 ist jeweils ein Durchgangskanal 11 ausgebildet. Durch die Durchgangskanäle 11 strömt die Luft durch das Wärmetauscherpaket 20. Die Durchgangskanäle 11 sind insbesondere in der 7 dargestellt. Die 7 zeigt eine schematische Seitenansicht des Wärmetauscherpakets 20 gemäß der 5. Hier sind zum einen die Durchgangskanäle 11 zwischen den Platten 10 sowie die Kontaktflächen 7 und die Distanzelemente 8, an denen die Platten 10 verklebt sind beziehungsweise aneinander anliegen, dargestellt. Die Durchgangskanäle 11 weisen einen geringen Strömungswiderstand auf. Zudem ist zu erkennen, dass die einzelnen Platten 10 sehr flach ausgebildet und mit geringem Abstand zueinander angeordnet sind.
In der 8 ist eine schematische Vorderansicht eines Schalenteils 1 in einer weiteren Ausführungsform gezeigt. Das Schalenteil 1 der 8 unterscheidet sich von dem Schalenteil 1 in der Ausführungsform der 1 lediglich in der Ausführung und Anordnung der Distanzelemente. Gleiche Bauteile der Schalenteile 1 sind daher mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Auf eine detaillierte Beschreibung bereits beschriebener Bauteile wird verzichtet. Die Distanzelemente sind in der Ausführungsform der 8 als Noppen 9 ausgebildet und an einer einheitlichen Seite des mäanderförmigen Kanals 4 jeweils an den geraden Abschnitten angeordnet. Dabei sind die Noppen 9 gleichmäßig voneinander beabstandet. Weiterhin unterscheiden sich die Noppen 9 in ihrer Funktion von den länglichen Distanzelementen (siehe 12).
Die 9 zeigt noch eine schematische Darstellung des Schalenteils 1 gemäß der Ausführungsform der 8. Ein weiter vergrößertes Detail B des Schalenteils 1 ist in den 10 gezeigt. Das Detail B zeigt das Schalenteil im Bereich der Zuflussöffnung 5. Hier ist insbesondere die umfänglich um die Zuflussöffnung 5 angeordnete Kontaktfläche 7 dargestellt. Die Kontaktfläche 7 ist als rohrartiger Ansatz an der Zuflussöffnung 5 mit einem abgewinkelten Ende ausgebildet, sodass eine Kontaktfläche entsteht. An diesen Kontaktflächen 7 können die Platten zum Verbinden verklebt werden.
In der 11 ist ein Ausschnitt einer Querschnittansicht von zwei benachbarten Wärmetauscherplatteneinheiten im Bereich der noppenartigen Distanzelemente gemäß der 8 gezeigt. Der Ausschnitt zeigt die Kanäle 4 der Schalenteile 1, 2 mit den Noppen 9. Die Noppen 9 sind jeweils seitenversetzt an den Kanälen 4 angeordnet. In dem hier gezeigten verbundenen Zustand liegen die Noppen 9 des einen Schalenteils 1 an dem anderen Schalenteil 2 an und umgekehrt, wobei sich die Noppen 9 nicht kontaktieren. Grundsätzlich sollen die Noppen 9 die Distanz zwischen zwei benachbarten Platten 10 bewahren. Gegenüber dem Distanzstück 8, das zusätzlich eine Aussteifung der Kanalwand bewirkt und eine Auswölbung bei hohem Innendruck verhindert, lässt diese Ausführungsform die Wölbung des Kanals 4 in der Mitte zwischen den Noppen 9 jedoch zu, sodass die Druckkräfte nicht auf benachbarte Platten übertragen werden Die Wölbung der Kanäle 4 ist gestrichelt dargestellt. Dazu sind die Noppen 9 am äußersten Rand des Kanals 4 positioniert, an dem kaum eine Ausdehnung stattfindet. Die Noppen 9 sind rund ausgeführt, damit diese auf dem gegenüberliegenden Schalenteil 1, 2 gleiten können, sobald sich durch die Wölbung des Kanals 4 eine Schräglage der Noppen 9 einstellt. Diese Ausführungsform ist gedacht für geringere Innendrücke und ausreichende Materialsteifigkeit, um die nachfolgend beschriebenen Verstärkungsplatten (siehe 12) einzusparen.
In der 12 ist eine schematische Darstellung eines Wärmetauscherpakets 20 mit einem Gehäuse 31 gezeigt. Die Ausführungsform des Wärmetauscherpakets 20 entspricht der Ausführungsform der 5. Um das Wärmetauscherpaket 20 ist das Gehäuse 31 angeordnet sowie zwei Verstärkungsplatten an zwei gegenüberliegenden Außenseiten des Gehäuses 31. Mit der erfindungsgemäßen Ausführung der Schalenteile und der Platten ist das Wärmetauscherpaket 20 mit einer großen Anzahl an flachen, eng beabstandeten Platten innerhalb des definierten Volumens des Gehäuses 31 ausgebildet.
In dieser Ausführung ist das Wärmetauscherpaket 20 beziehungsweise das Gehäuse 31 quaderförmig ausgebildet. Die Verstärkungsplatten des Gehäuses 31 weisen jeweils zwei gegenüberliegende Öffnungen auf, welche einen Lufteinlass 32 und einen Luftauslass 33 für ein Gas, insbesondere Luft, ausbilden. Die Luft strömt durch das Wärmetauscherpaket 20, das heißt durch die Durchgangskanäle zwischen den einzelnen Platten. Weiter sind an dem Gehäuse 31 an zwei anderen gegenüberliegenden Seitenflächen jeweils zwei spiegelbildlich angeordnete Wasserzuflüsse 34 und Wasserabflüsse 35 ausgebildet, welche mit den Zuflussöffnungen 5 und den Abflussöffnungen 6 der Platten verbunden sind. Die Zuflüsse und Abflüsse sind so angeordnet, dass die Hauptströmungsrichtung W des Wassers in den Platten entgegengesetzt zu der Strömungsrichtung L der Luft in den Durchgangskanälen ausgerichtet ist (siehe 2). Beim Durchströmen des Wärmetauschers findet ein Temperaturaustausch zwischen der Luft und dem Wasser statt.
In der 13 ist ein vergrößertes Detail C des Wärmetauscherpakets 20 mit dem Gehäuse 31 gemäß der 12 gezeigt. Das Detail C zeigt einen Ausschnitt des Wärmetauscherpakets 20 im Bereich einer Ecke des Lufteinlasses 32, sodass die einzelnen Platten und Durchgangskanäle zu erkennen sind. Die Platten des Wärmetauscherpakets 20 sind an einer Seite miteinander verklebt und werden zur zusätzlichen Stabilisation an der gegenüberliegenden Seite jeweils in den Zwischenräumen einer Halteschiene 36 angeordnet. Die Halteschiene 36 weist eine Vielzahl von Zähnen auf, in deren Zwischenräumen jeweils die Platten angeordnet sind und so fixiert werden. Hierdurch kann auch eine Bewegung der Platten im Luftstrom verhindert werden.
In der 14 ist noch eine weitere Ausführungsform eines Schalenteils 1 gezeigt. Das Schalenteil 1 unterscheidet sich von den in den 1 bis 13 gezeigten Ausführungsformen in der Kanalführung und in der Ausbildung der Öffnungen 5, 6. Im Übrigen entspricht die Funktion und Wirkungsweise dieser weiteren Ausführungsform den bisher beschriebenen Ausführungsformen. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Auf eine detaillierte Beschreibung bereits beschriebener Bauteile wird daher verzichtet. Im Folgenden werden lediglich die Unterschiede der Ausführungsformen beschrieben.
Das Schalenteil 1 der 14 ist rechteckig ausgebildet mit jeweils vier Löchern in den Eckenbereichen. Zwei der Löcher des Schalenteils 1, sind mittels eines Verschlusses 4c verschlossen. Die anderen beiden Löcher bilden die Zuflussöffnung 5 und die Abflussöffnung 6 des Kanals 4. In dieser Ausbildung kann beliebig gewählt werden, welche der vier Löcher verschlossen beziehungsweise als Öffnungen 5, 6 eingesetzt werden. Um eine gleichförmige Durchströmung des Kanals 4 zu erreichen, ist hier eine diagonale Zuordnung der Zuflussöffnung 5 und der Abflussöffnung 6 ausgeführt.
Zwischen den Öffnungen 5, 6 erstreckt sich der Kanal 4 für das Wasser. In dieser Ausführungsform ist der Kanal 4 mit einer parallelen Kanalführung ausgebildet. Entsprechend weist der Kanal 4 eine Vielzahl von parallel ausgerichteten Teilkanälen 4a auf. Die Teilkanäle 4a sind jeweils an den kurzen Seiten des Schalenteils 1, also an den Anfängen und Enden der Teilkanäle 4a, mittels eines Sammelkanals 4b miteinander verbunden. Die Hauptströmungsrichtung W des Wassers verläuft auch in dieser Ausführungsform von der Zuflussöffnung 5 zu der Abflussöffnung 6.
Die 15 zeigt eine schematische Vorderansicht einer Wärmetauscherplatteneinheit 10 mit doppelter mäanderförmiger Kanalführung. In dieser Ausführungsform umfasst die Platte 10 zwei separate mäanderförmige Kanäle, nämlich einen ersten Kanal 4.1 und einen zweiten Kanal 4.2. Die einzelnen Kanäle 4.1 und 4.2 entsprechen grundsätzlich dem Kanal der Ausführungsform der 1. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Auf eine detaillierte Beschreibung bereits beschriebener Bauteile wird daher verzichtet. Bei dieser doppelten Kanalführung sind die beiden Kanäle 4.1 und 4.2 parallel geschaltet. Durch diese Ausführungsform können zwei Wärmetauscherpakete mit jeweils einem Kanal in den Platten durch ein Wärmetauscherpaket mit jeweils zwei Kanälen in den Platten ersetzt werden. Hierdurch kann ein zusätzlicher Rahmen in dem Gehäuse des Wärmetauschers zwischen den Wärmetauscherpaketen eingespart werden.
Die Strömungsrichtungen W und L der Fluide in dem Wärmetauscher der 15 sind in der 16 dargestellt. Diese entsprechen grundsätzlich den sich kreuzenden Strömungsrichtungen gemäß der 2, wobei zwei mäanderförmige Strömungen in der Platte 10 vorliegen. Nach demselben Schema lassen sich auch drei oder mehr mäanderförmige Kanäle parallel schalten.
Insgesamt wird mit der Erfindung eine Wärmetauscherplatteneinheit für einen Wärmetauscher, aufweisend ein erstes Schalenteil, ein zweites Schalenteil, wobei mindestens ein Schalenteil eine Profilierung aufweist, welche in einem verbundenen Zustand der Schalenteile mindestens einen Kanal für ein erstes Fluid ausbilden, und je Schalenteil mindestens eine Zuflussöffnung und mindestens eine Abflussöffnung, zwischen denen sich der mindestens eine Kanal erstreckt, vorgeschlagen, wobei die beiden Schalenteile aus einem Kunststoff ausgebildet sind und die Schalenteile derart verbunden sind, dass das erste Fluid die Wärmetauscherplatteneinheit entlang des mindestens einen Kanals durchströmt. Weiter wird ein Wärmetauscher, zumindest aufweisend ein Wärmetauscherpaket aus einer Vielzahl von parallel angeordneten, miteinander verbundenen Wärmetauscherplatteneinheiten, zwischen denen jeweils ein Durchgangskanal ausgebildet ist, vorgeschlagen, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers, wobei die Schalenteile miteinander verklebt und/oder verschweißt werden.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: erstes Schalenteil
2: zweites Schalenteil
3: Profilierung
4: Kanal
4.1: erster Kanal bei doppelter Kanalführung
4.2: zweiter Kanal bei doppelter Kanalführung
4a: Teilkanal
4b: Sammelkanal
4c: Verschluss
5: Zuflussöffnung
6: Abflussöffnung
7: Kontaktfläche
8: Distanzelemente
9: Noppen
10: Wärmetauscherplatteneinheit
11: Durchgangskanal
20: Wärmetauscherpaket
21: Verstärkungsplatte
31: Gehäuse
32: Lufteinlass
33: Luftauslass
34: Wasserzufluss
35: Wasserabfluss
36: Halteschiene
L: Strömungsrichtung der Luft
W: Hauptströmungsrichtung des Wassers
α: Anstellwinkel

Claims

Wärmetauscherplatteneinheit (10) für einen Wärmetauscher für Wärmerückgewinnungssysteme in Lüftungs- und/oder Klimaanlagen, aufweisend: 1.1. ein erstes Schalenteil (1), 1.2. ein zweites Schalenteil (2), wobei mindestens ein Schalenteil (1, 2) eine Profilierung (3) aufweist, welche in einem verbundenen Zustand der Schalenteile (1, 2) mindestens einen Kanal (4) zwischen den Schalenteilen (1, 2) für ein erstes Fluid ausbildet, und 1.3. je Schalenteil (1, 2) mindestens eine Zuflussöffnung (5) und mindestens eine Abflussöffnung (6), zwischen denen sich der mindestens eine Kanal (4) erstreckt, wobei 1.4. die beiden Schalenteile (1, 2) aus einem Kunststoff ausgebildet sind und 1.5. die Schalenteile (1, 2) derart verbunden sind, dass das erste Fluid die Wärmetauscherplatteneinheit (10) entlang des mindestens einen Kanals (4) durchströmt und das zweite Fluid die Wärmetauscherplatteneinheit (10) außen umströmt, wobei 1.6. ein Querschnitt des mindestens einen Kanals (4) in Strömungsrichtung des mindestens einen Kanals (4) oval und über seine gesamte Länge einheitlich ausgebildet ist, und 1.7. auf der Außenseite der Profilierung (3) mindestens eines Schalenteils (1, 2) mindestens ein Distanzelement (8) ausgebildet ist, wobei 1.8. das mindestens eine Distanzelement (8) länglich ausgebildet und schräg zu einer Längserstreckung einer Hauptströmungsrichtung (W) des ersten Fluids ausgerichtet ist, wobei die Hauptströmungsrichtung (W) der direkten Verbindung zwischen der Zuflussöffnung (5) und der Abflussöffnung (6) entspricht.
Wärmetauscherplatteneinheit (10) gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der Schalenteile (1, 2) außerhalb des mindestens einen Kanals (4) vollflächig ausgebildet ist.
Wärmetauscherplatteneinheit (10) gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der Schalenteile (1, 2) aus einer Vielzahl von punktförmigen Verbindungen außerhalb des mindestens einen Kanals (4) ausgebildet ist.
Wärmetauscherplatteneinheit (10) gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der Schalenteile (1, 2) aus einer Vielzahl von linienförmigen Verbindungen entlang des mindestens einen Kanals (4) ausgebildet ist.
Wärmetauscherplatteneinheit (10) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der Schalenteile (1, 2) als Klebverbindung und/oder Schweißverbindung ausgebildet ist.
Wärmetauscherplatteneinheit (10) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kanal (4) mäanderförmig ausgebildet ist.
Wärmetauscherplatteneinheit (10) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Höhe des mindestens einen Kanals (4) kleiner 2 mm, bevorzugt kleiner 1,0 mm, weiter bevorzugt kleiner 0,5 mm, ist.
Wärmetauscherplatteneinheit (10) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer Längserstreckung des mindestens einen Distanzelementes (8) und einer Hauptströmungsrichtung (W) des ersten Fluids in dem mindestens einen Kanal (4) ein Anstellwinkel (α) von kleiner als 45°, bevorzugt kleiner als 25°, weiter bevorzugt kleiner als 15° und am meisten bevorzugt zwischen 5° und 10°, ausgebildet ist.
Wärmetauscherplatteneinheit (10) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (5, 6) der Schalenteile (1, 2) mindestens eine Kontaktfläche (7) zum Verbinden mit einer weiteren Wärmetauscherplatteneinheit (10) aufweisen.
Wärmetauscherplatteneinheit (10) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Verbindungselement zum Verbinden zweier Wärmetauscherplatteneinheiten (10) im Bereich der Öffnungen (5, 6) der Schalenteile (1, 2) vorgesehen ist.
Wärmetauscher, zumindest aufweisend: 11.1. ein Wärmetauscherpaket (20) aus einer Vielzahl von parallel angeordneten, miteinander verbundenen Platten, zwischen denen jeweils ein Durchgangskanal (11) für ein zweites Fluid ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass 11.2. die Platten als Wärmetauscherplatteneinheiten (10) gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 10 ausgebildet sind.
Wärmetauscher gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwei benachbarte Wärmetauscherplatteneinheiten (10) jeweils an den Öffnungen (5, 6) der Schalenteile (1, 2) miteinander verbunden sind.
Wärmetauscher gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzelemente (8) benachbarter Wärmetauscherplatteneinheiten (10) sich überkreuzend angeordnet sind.
Wärmetauscher gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einer Außenseite des Wärmetauscherpakets (20) eine Verstärkungsplatte (21) parallel zu den Wärmetauscherplatteneinheiten (10) angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung eines Wärmetauschers gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 11 bis 14, zumindest aufweisend die Schritte: 15.1. Einbringen einer Profilierung (3) in mindestens ein Schalenteil (1, 2), 15.2. Verbinden eines ersten Schalenteils (1) mit einem zweiten Schalenteil (2) zu einer Wärmetauscherplatteneinheit (10) mit mindestens einem Kanal (4), 15.3. Verbinden zweier Wärmetauscherplatteneinheiten (10) an den Öffnungen (5, 6) der Schalenteile (1, 2) und 15.4. Verbinden mehrerer Wärmetauscherplatteneinheiten (10) zu einem Wärmetauscherpaket (20), dadurch gekennzeichnet, dass 15.5. die Schalenteile (1, 2) miteinander verklebt und/oder verschweißt werden.